数字逻辑与数字系统课程设计.docx
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数字逻辑与数字系统课程设计
目录
第一章概述
第二章方案论证
2.1信号灯转换器……………………………………………………2
2.2倒计时计数器……………………………………………………3
2.3倒计时计数器与信号灯转换连接………………………………3
2.4秒脉冲产生电路…………………………………………………4
2.5电路测试与仿真…………………………………………………7
心得与体会……………………………………………………………8
第一章
概述
城市十字交叉路口为确保车辆、行人安全有序地通过,都设有指挥信号灯。
交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通、提高道路事故有明显效果。
因此,如何采用合适的方法,使交通信号的控制与交通疏导有机结合,最大限度缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况。
以下就是一个交通灯控制系统的电路原理、设计和仿真测试等问题。
要求如下:
(1)在十字路口两个方向上个设置一组红、黄、绿信号灯,其中,绿灯亮的时间为8s,黄灯亮的时间为2s;
(2)在绿灯转向红灯的过程中,先由绿灯转成黄灯,黄灯亮完2秒后,迅速换回红灯亮,同时也让对方由红灯转为绿灯。
(3)如果发生特殊事情,可以手动按下开关,其中一个方向常亮绿灯,倒计时停止。
特殊事情结束后,可手动按下开关,恢复正常状态。
第二章
总体方案设计
东西方向
GYG
根据实验要求,智能交通灯系统应由信号灯转移、倒数计时器、秒脉冲信号三部分组成,其原理如下:
倒计时
计时器
信号灯
转换器
T5
秒脉冲
发生器
T0
南北方向
GYG
单元电路设计
2.1信号灯转换器
用以下六个符号分别代表东西(A)和南北(B)方向上信号灯的状态:
GA:
东西方向上绿灯亮;GB:
南北方向上绿灯亮;
YA:
东西方向上黄灯亮;YB:
南北方向上黄灯亮;
RA:
东西方向上红灯亮;RB:
南北方向上红灯亮。
信号灯状态S有以下状态:
S1:
东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮;
S2:
东西方向黄灯亮,南北方向红灯亮;
S3:
东西方向红灯亮,南北方向绿灯亮;
S4:
东西方向红灯亮,南北方向黄灯亮。
由计算可得出:
GA=Q1nQ0nYA=Q1nQ0nRA=Q1n
GB=Q1nQ0nYB=Q1nQ0nRB=Q1n
电路图如下:
2.2倒计时计数器
计数器应选用集成电路74190芯片,它是十进制同步可逆计数器,具有异步并行置数功能、保持功能。
74190没有专用的清零输入端,但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。
74190芯片的功能如下:
CTEN
D/U
CLK
LOAD
ABCD
QAQBQCQD
×
×
×
0
××××
ABCD
0
1
↑
1
××××
减计数
0
0
↑
1
××××
加计数
1
×
×
1
××××
0000
得以下电路图:
2.3倒计时计数器与信号灯转换连接
2.4秒脉冲产生电路
秒脉冲产生电路的功能是产生标准秒脉冲信号,主要由振荡器和分频器组成。
振荡器是计时器的核心,振荡器的稳定度和频率的精准度决定了计时器的准确度,可由石英晶体振荡电路或555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。
一般来说,振荡器的频率越高,计时的精度就越高,但耗电量将增大,故在设计时,一定根据需要设计出最佳电路。
石英晶体振荡器具有频率准确、振荡稳定、温度系数小的特点,但如果精度要求不高的时候可以采用555构成的多谐振荡器。
振荡器产生的时间信号通常频率很高,要使它变成“秒”信号,需要用分频器来完成。
其功能主要是产生标准的秒脉冲信号,即每秒产生一个时钟上升沿,频率为1Hz。
分频器的级数和每级的分频次数要根据振荡频率及时基频率来决定。
若选用的时基频率为1kHz,可采用三级74160做分频器。
74160是一个十进制加法计数器,其功能表如图:
74160的功能表
CLR
LOAD
ENP
ENT
CLK
ABCD
QaQbQcQd
0
X
X
X
X
XXXX
0000
1
0
X
X
XXXX
ABCD
1
1
1
1
XXXX
计数
此例的秒脉冲产生电路主要由一个555定时器和三个十进制计数器74160构成。
其中,555定时器由RC组成多谐振荡器,三个计数器74160组成分频器。
电路如图:
电路中多谐振荡器输出的是1kHz脉冲信号,此信号作为第一级计数器的时钟信号。
计数器的4个使能端ENP、ENT、LOAD、CLR均接高电平。
由于74160是十进制计数器,因此计数器每计数满10次有一个进位信号,此信号即为经第一级计数器分频后得到的100Hz脉冲信号,将这个信号接在下一级计数器的时钟信号端CLK则可实现继续分频,经两个74160逐级分频后依次得到10Hz和1Hz的脉冲信号。
用两个四通道的示波器可以清楚地看到四个脉冲信号的波形图,如图:
第四个计数器输出的进位信号即为1Hz的秒脉冲信号接入交通灯信号控制器作为倒计时的时钟信号,即可形成一个完整的交通灯信号控制器作品。
2.5电路测试与仿真
单击启动按钮,便可以进行交通信号灯控制系统的仿真,电路默认把通行时间设为10秒,打开开关,东西方向车道的绿灯亮,南北方向车道的红灯亮。
时间显示器从预置的10秒,以每秒减1,减到“2”时,东西方向车道的绿灯转换为黄灯,南北方向车道的红灯都不变。
减到“0”时,1秒后显示器又转换成预置的10秒,东西方向车道的黄灯转换为红灯,南北方向车道的红灯转换为绿灯。
减到“2”时,南北方向车道的绿灯转换为黄灯,,东西方向车道的红灯不变。
如此循环下去。
如果发生特殊事情,可以手动按下开关,其中一个方向常亮绿灯,倒计时停止。
特殊事情结束后,可手动按下开关,恢复正常状态。
参考文献
[1]王连英.基于Multisim10的电子仿真.北京.北京邮电大学出版社
[2]杨志忠卫桦林.数字电子技术基础.北京.高等教育出版社
心得体会
通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和multisim连接图。
在设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,就是心里想老着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了,因此耗费在这上面的时间用去很多。
我深得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
在制作multisim时,发现细心耐心,恒心一定要有才能做好事情,首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单,兼顾到方方面面去考虑是很需要的,否则只是一纸空话。
生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
通过实习,我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义,我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。
我想说,设计确实有些辛苦,但苦中也有乐,在如今单一的理论学习中,很少有机会能有实践的机会,但我们可以,而且设计也是一个团队的任务,一起的工作可以让我们有说有笑,相互帮助,配合默契,多少人间欢乐在这里洒下,大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作,我感觉我和同学们之间的距离更加近了;我想说,确实很累,但当我们看到自己所做的成果时,心中也不免产生兴奋;正所谓“三百六十行,行行出状元”。
我们同样可以为社会作出我们应该做的一切,这有什么不好?
我们不断的反问自己。
也许有人不喜欢这类的工作,也许有人认为设计的工作有些枯燥,但我们认为无论干什么,只要人生活的有意义就可。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!
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